專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬礦山高水材料膠結(jié)充填新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬礦山利用具有高結(jié)晶水速凝固化性能的材料做膠凝材料的低濃度輸送、采場(chǎng)不脫水膠結(jié)充填新工藝。該工藝屬金屬礦山充填技術(shù)領(lǐng)域。
目前，國(guó)內(nèi)外金屬礦山進(jìn)行膠結(jié)充填主要是使用普通水泥或加入部分其他摻合料做充填膠凝材料。普通水泥水化所需水量較少，這就使得只有充填料漿濃度較高時(shí)充填體才能形成較好的強(qiáng)度。傳統(tǒng)的也是目前使用較多的尾砂膠結(jié)充填法，通常制成60-70%濃度的充填料漿進(jìn)行輸送充填，這種料漿具有大量的多余水需要從采場(chǎng)脫出排走，這就要求使用分級(jí)脫泥后的粗粒級(jí)尾砂做充填骨料，以保證充填料漿良好的滲透性能。這樣的充填工藝分級(jí)、脫水工藝繁雜，作業(yè)周期長(zhǎng)，充填料凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，使得采場(chǎng)作業(yè)循環(huán)周期延長(zhǎng)，采場(chǎng)生產(chǎn)效率低，礦山生產(chǎn)采場(chǎng)數(shù)量多，充填料漿離析、分層、跑漿等因素有時(shí)使得充填體強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，脫出的水夾雜水泥砂漿污染井下環(huán)境。分級(jí)后的細(xì)粒級(jí)尾砂排放構(gòu)筑壩體困難，壩體維護(hù)費(fèi)用高。用全尾砂做充填骨料是國(guó)內(nèi)外有關(guān)礦山技術(shù)人員及科研人員十分關(guān)心的科研課題，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些礦山在進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填時(shí)一直在努力將尾砂砂漿濃度提高到70%以上即所謂“高濃度”尾砂膠結(jié)充填取得一定進(jìn)展，但這種“高濃度”尾砂膠結(jié)充填，僅僅是使尾砂利用率提高，料漿中多余的水減少，但仍需在采場(chǎng)進(jìn)行少量的脫水排水工作，地表砂漿料漿制造困難，綜合充填能力難于提高。1978年西德Preussage金屬公司開(kāi)始了全尾砂膏體泵送充填試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)幾年努力，形成了泵壓充填新工藝。膏體充填料充填到采場(chǎng)后基本上不再有多余的水。膏體泵送充填工藝近年在美國(guó)、南非等一些礦山進(jìn)行了應(yīng)用，這些礦山礦體埋深較大，利用深井高自然壓頭彌補(bǔ)膏體輸送管道阻力大的缺陷。全尾砂膏體泵送充填目前尚處于應(yīng)用和發(fā)展的初期階段，工藝和設(shè)備均不很成熟，充填料制備所需高效濃縮、脫水設(shè)備及輸送充填料所需泵送設(shè)備的投資較大?！捌呶濉逼陂g，我國(guó)也進(jìn)行了全尾砂膠結(jié)充填工藝及設(shè)備的攻關(guān)研究，取得了一定的進(jìn)展，但在高濃度膏體輸送工藝方面還不過(guò)關(guān)，輸送能力低，易堵孔堵管，井下充填體平場(chǎng)、接頂難。使用非膏體全尾砂料漿，井下脫水困難，難以實(shí)現(xiàn)充填料漿的連續(xù)大量輸送，充填能力受到限制，難以滿足礦山生產(chǎn)需要。
因此，既可以利用礦山分級(jí)尾砂中的粗粒級(jí)部分，又可以利用礦山全尾砂或分級(jí)尾砂中細(xì)粒級(jí)部分作為充填骨料，又要達(dá)到充填料漿容易輸送，井下不脫水，充填能力大，這正是國(guó)內(nèi)外金屬礦山膠結(jié)充填迫切需要解決的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)新的充填工藝，該工藝在金屬礦山膠結(jié)充填中，利用具有高結(jié)晶水性能的材料做膠凝材料部分或全部取代普通水泥，利用礦山全尾砂砂漿或尾砂中各種粒級(jí)的分級(jí)尾砂砂漿甚至可以用水或尾砂漿中溢流出的含有細(xì)泥的水，制成便于輸送的低濃度料漿進(jìn)行輸送，采場(chǎng)不用脫水排水而凝結(jié)成固體，從而達(dá)到簡(jiǎn)化工藝，加大充填能力，提高生產(chǎn)效率的目地。
本發(fā)明提出的充填新工藝，是新型膠凝材料在金屬礦山充填中的使用方法。這種新型的膠凝材料是由甲、乙兩種基礎(chǔ)材料構(gòu)成，其中甲基礎(chǔ)材料是由釩土水泥或高鋁耐火水泥或高鋁水泥或硫鋁酸鹽水泥熟料或鐵鋁酸鹽水泥熟料或氟鋁酸鹽水泥熟料為主要原料加入適量的添加劑制成;其中乙基礎(chǔ)材料是由天然硬石膏(或天然無(wú)水石膏)和生石灰(或熟石灰)為主要原料加適量的摻合料和添加劑制成。甲、乙兩料的產(chǎn)品是分別制造存放的，具有如下技術(shù)性能，甲、乙二料分別與水或一定濃度范圍的砂漿混合，各可保持較長(zhǎng)時(shí)間(6小時(shí)以上)不凝固，以保證料漿的良好輸送性能。甲乙兩種基料混合在一起之后，其料漿在一定的時(shí)間內(nèi)呈均勻懸浮的漿狀，從而使料漿進(jìn)入采場(chǎng)具有良好的流動(dòng)平場(chǎng)性能。進(jìn)入采場(chǎng)后的混合料漿在幾分鐘至幾小時(shí)內(nèi)凝結(jié)成固體。料漿凝結(jié)過(guò)程中，膠凝材料與水結(jié)合，形成高結(jié)晶水結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。也就是說(shuō)，混合后的料漿不需要脫水便可凝結(jié)成固體。甲乙兩種基礎(chǔ)材料不單獨(dú)做膠凝材料使用。利用膠凝材料的高結(jié)晶水性能，實(shí)現(xiàn)充填料漿的低濃度輸送采場(chǎng)不脫水。由于不需要采場(chǎng)脫水，則可不考慮充填料漿的滲透性問(wèn)題，這樣既可以使用分級(jí)尾砂的粗粒級(jí)部分，又可以利用全尾砂或分級(jí)尾砂的細(xì)粒級(jí)部分。先將尾砂制備成所需濃度的砂漿，而后再通過(guò)各種方法將膠凝材料加入到砂漿中。實(shí)施新工藝所用的砂漿與膠凝材料的甲乙兩種基礎(chǔ)材料的混合的方案，其特征在于
(1)將制備好的尾砂漿分為兩部分，分別導(dǎo)入兩套制漿系統(tǒng)，分別加入甲料及乙料，制成重量比濃度為15-70%的甲乙兩種料漿，利用兩套輸送系統(tǒng)將兩種料漿輸送到采場(chǎng)附近，在采場(chǎng)附近通過(guò)混合系統(tǒng)將兩種料漿混合后充入采場(chǎng)。
(2)尾砂漿制備成重量比濃度為15-70%濃度，直接輸送到采場(chǎng)附近，將甲乙兩種基礎(chǔ)材料各自分別制成重量比濃度為15-70%濃度的料漿，兩種料漿分別輸送到采場(chǎng)附近，在采場(chǎng)附近將三種漿體混合后充入采場(chǎng)。
(3)將制備好的砂漿與甲乙兩種材料中之一甲(或乙)料制成重量比濃度為15-70%的料漿，將甲乙料的另一種乙(或甲)料單獨(dú)與水制成重量比濃度為15-70%的料漿，兩種料漿輸送到采場(chǎng)附近混合后充入采場(chǎng)。
(4)將制備好的砂漿與甲乙料中之一甲(或乙)料制成重量比濃度為15-70%的料漿輸送到采場(chǎng)，利用壓風(fēng)將甲乙料中另一種乙(或甲)料在料漿進(jìn)入采場(chǎng)的輸送管道出口處附近加入到料漿中充入采場(chǎng)。
(5)將甲乙兩種基礎(chǔ)材料各自分別與水或尾砂漿中溢流的帶有細(xì)泥的水制成重量比濃度為15-70%的料漿，兩種料漿分別輸送到采場(chǎng)附近將兩種料漿混合后充入采場(chǎng)。
根據(jù)各種現(xiàn)場(chǎng)具體條件和不同要求，在砂漿制備過(guò)程，料漿制造過(guò)程、輸送過(guò)程、混合過(guò)程、混合后充入采場(chǎng)過(guò)程，可加入除尾砂及甲乙兩種基礎(chǔ)材料之外的1種或多種摻合料或添加劑(如普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、火山灰、河砂、磨砂、石灰石、膨潤(rùn)土、Na2CO3、NaCl、檸檬酸等)，以調(diào)節(jié)料漿的懸浮性能、流動(dòng)性能、輸送性能、緩凝性能、速凝性能、充填體早強(qiáng)及長(zhǎng)期穩(wěn)定性能。
本發(fā)明的工藝流程主要是砂漿制造系統(tǒng)-料漿制造系統(tǒng)-輸送系統(tǒng)-混合系統(tǒng)-采場(chǎng)。實(shí)施方案分五種分別以五幅圖加以說(shuō)明。
圖一為將砂漿分為兩部分分別與甲乙兩種基礎(chǔ)材料制成料漿，分別輸送，在采場(chǎng)附近混合后充入采場(chǎng)的工藝流程圖。
圖二為砂漿單獨(dú)輸送，甲乙兩種料漿也各自單獨(dú)輸送，在采場(chǎng)附近混合后充入采場(chǎng)的工藝流程圖。
圖三為砂漿與甲乙兩種基礎(chǔ)材料之一混合制成料漿，另一種材料用水制成料漿，輸送到采場(chǎng)附近混合后充入采場(chǎng)的工藝流程圖。
圖四為砂漿與甲乙兩種基礎(chǔ)材料之一混合制成料漿輸送到采場(chǎng)，在輸送管道出口處用壓風(fēng)將另一種材料混入料漿中的工藝流程圖。
圖五為甲乙兩種基礎(chǔ)材料分別與水或尾砂漿中溢流的帶有細(xì)泥的水制成料漿，分別輸送，在采場(chǎng)附近混合后充入采場(chǎng)的工藝流程圖。
流程圖中僅示出了充填工藝的主要部分，在某些環(huán)節(jié)需要設(shè)計(jì)流量計(jì)、濃度計(jì)等設(shè)施，輸送系統(tǒng)可以是泵送，也可以是自流，在各個(gè)環(huán)節(jié)，可根據(jù)具體情況及要求，決定加入或不加入其他摻合材料或添加劑。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，新工藝?yán)镁哂懈呓Y(jié)晶水速凝固化性能的材料做膠凝材料，充填料漿濃度變化范圍大，易實(shí)現(xiàn)泵送和自流輸送，而且易實(shí)現(xiàn)大能力輸送，易滿足礦山充填需求，井下不用進(jìn)行采場(chǎng)脫水，省掉采場(chǎng)濾水設(shè)施，簡(jiǎn)化工藝，節(jié)省濾水費(fèi)用，改善井下作業(yè)環(huán)境，既可利用分級(jí)尾砂的粗粒級(jí)部分，也可利用全尾砂或尾砂中細(xì)粒級(jí)部分做充填骨料，節(jié)省補(bǔ)充磨砂投資，減緩尾砂壩構(gòu)筑維護(hù)困難。低濃度料漿易于在采場(chǎng)內(nèi)流動(dòng)平場(chǎng)，易于實(shí)現(xiàn)充填體接頂。
本發(fā)明的實(shí)施，在我國(guó)已具備成熟的條件，具有高結(jié)晶水速凝固化性能的膠凝材料一如“高水速固充填材料”已由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京研究生部孫恒虎博士等研究成功，已交由天津特種水泥廠及青島高水固化材料廠等實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)，并批量供應(yīng)市場(chǎng)。目前出廠的產(chǎn)品甲乙兩種材料分別包裝成50Kg一袋。在我國(guó)生產(chǎn)該材料的原材料豐富、分布廣。用低濃度料漿進(jìn)行充填，工藝及設(shè)備在我國(guó)已有成熟的基礎(chǔ)。當(dāng)然，對(duì)由不同礦山所具有的尾砂成份及水質(zhì)等具體情況，需對(duì)甲乙兩種基礎(chǔ)材料的配制進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，或在工藝系統(tǒng)的某環(huán)節(jié)加入適宜的添加劑。
本發(fā)明所提出的充填新工藝具有多種實(shí)施方案，下面結(jié)合兩個(gè)實(shí)施方案舉例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施應(yīng)用方法。
實(shí)施例1在砂倉(cāng)中將全尾砂制成重量比濃度為35%砂漿，通過(guò)流量計(jì)、濃度計(jì)、三通閥將砂漿分成相等的兩部分導(dǎo)入兩個(gè)葉片式攪拌桶中，將甲乙兩個(gè)基礎(chǔ)材料料倉(cāng)中的材料利用壓風(fēng)分別通過(guò)沖擊式計(jì)量器輸入到兩個(gè)攪拌桶中與砂漿一起進(jìn)行攪拌制成重量比濃度為45%料漿。通過(guò)泥漿泵或自流將料漿輸送到采場(chǎng)附近，通過(guò)螺旋式混合器將兩種料漿混合后充入采場(chǎng)。兩種基礎(chǔ)材料的加入量按重量比分別各占最終充填料漿的7%。(可參考圖一)實(shí)施例2在砂倉(cāng)中將尾砂制成重量比濃度為43%的砂漿，通過(guò)流量計(jì)、濃度計(jì)導(dǎo)入到葉片式攪拌桶中，將甲料料倉(cāng)中的材料利用壓風(fēng)通過(guò)沖擊式計(jì)量器輸入到葉片式攪拌桶中，制成重量比濃度為48%的甲料漿。將乙料料倉(cāng)中的材料利用壓風(fēng)通過(guò)沖擊式計(jì)量器輸入到另一個(gè)葉片式攪拌桶中加水制成重量比濃度為25%的乙料漿，兩種料漿通過(guò)泥漿泵按甲料漿∶乙料漿為3∶1的重量比例輸送到采場(chǎng)附近，通過(guò)螺旋式攪拌裝置混合后充入采場(chǎng)。(可參考圖三)
權(quán)利要求
1.金屬礦山膠結(jié)充填新工藝，其特征在于充填新工藝?yán)镁哂懈呓Y(jié)晶水速凝固化性能的材料做膠囊材料，與礦山全尾砂砂漿或尾砂中各種粒級(jí)的分級(jí)尾砂砂漿或水相配制成重量比濃度為15-70%的料漿，料漿在重量比濃度為15-70%的情況下進(jìn)行輸送，實(shí)現(xiàn)充填料漿在采場(chǎng)不用脫水便可凝結(jié)為固體。
2.按照權(quán)利要求1，金屬礦山膠結(jié)充填新工藝，其特征在于充填新工藝所利用的具有高結(jié)晶水速凝固化性能的膠凝材料是由甲、乙兩種基礎(chǔ)材料組成。該甲、乙兩種基礎(chǔ)材料不單獨(dú)做膠凝材料使用。其中甲基礎(chǔ)材料是由釩土水泥或高鋁耐火水泥或高鋁水泥或硫鋁酸鹽水泥熟料或鐵鋁酸鹽水泥熟料或氟鋁酸鹽水泥熟料為主要原料加適量添加劑制成;其中乙基礎(chǔ)材料是由天然硬石膏(或天然無(wú)水石膏)和生石灰(或熟石灰)為主要原料加適量的摻合料和添加劑制成。
3.按照權(quán)利要求1、2，實(shí)施金屬礦山膠結(jié)充填新工藝的方案，其特征在于將制備好的尾砂漿分為兩部分，分別導(dǎo)入兩套制漿系統(tǒng)，分別加入甲料及乙料，制成重量比濃度為15-70%的甲乙兩種料漿，利用兩套輸送系統(tǒng)將兩種料漿輸送到采場(chǎng)附近，在采場(chǎng)附近通過(guò)混合系統(tǒng)將兩種料漿混合后充入采場(chǎng)。
4.按照權(quán)利要求1、2，實(shí)施金屬礦山膠結(jié)充填新工藝的方案，其特征在于將尾砂漿制備成重量比濃度為15-70%的砂漿，直接輸送到采場(chǎng)附近，將甲乙兩種基礎(chǔ)材料各自分別制成重量比濃度為15-70%的料漿，兩種料漿分別輸送到采場(chǎng)附近，在采場(chǎng)附近將三種漿體混合后充入采場(chǎng)。
5.按照權(quán)利要求1、2，實(shí)施金屬礦山膠凝充填新工藝的方案，其特征在于將制備好的砂漿與甲乙料中之一甲(或乙)料制成重量比濃度為15-70%的料漿，將甲乙料的另一種乙(或甲)料單獨(dú)與水制成重量比濃度為15-70%的料漿，兩種料漿分別輸送到采場(chǎng)附近混合后充入采場(chǎng)。
6.按照權(quán)利要求1、2，實(shí)施金屬礦山膠結(jié)充填新工藝的方案，其特征在于將制備好的砂漿與甲乙料中之一甲(或乙)料制成重量比濃度15-70%的料漿輸送向采場(chǎng)，利用壓風(fēng)將甲乙料的另一種乙(或甲)料在料漿送向采場(chǎng)的輸送管道出口處附近加入到料漿中混合后充入采場(chǎng)。
7.按照權(quán)利要求1、2，實(shí)施金屬礦山膠結(jié)充填新工藝的方案，其特征在于將甲乙兩種基礎(chǔ)材料各自分別與水或尾砂漿中溢流的帶有細(xì)泥的水制成重量比濃度為15-70%的料漿，兩種料漿分別輸送到采場(chǎng)附近，在采場(chǎng)附近兩種料漿混合后充入采場(chǎng)。
8.按照權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7，在砂漿制備過(guò)程、料漿制備過(guò)程、輸送過(guò)程、混合過(guò)程、混合后充入采場(chǎng)過(guò)程，可加入1種或若干種摻合料或添加劑，其特征在于這一種或若干種摻合料或添加劑(如普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、火山灰、河砂、磨砂、石灰石、膨潤(rùn)土、Na2CO3、NaCl、檸檬酸等)可以調(diào)節(jié)料漿的懸浮性能、流動(dòng)性能、輸送性能、緩凝性能、速凝性能、充填體的早強(qiáng)及長(zhǎng)期穩(wěn)定性能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬礦山利用具有高結(jié)晶水速凝固化性能的材料做膠凝材料的低濃度輸送、采場(chǎng)不脫水膠結(jié)充填新工藝。屬金屬礦山充填技術(shù)領(lǐng)域。以往的膠結(jié)充填使用水泥做膠凝材料，料漿濃度低需采場(chǎng)脫水，料漿濃度高輸送困難。本發(fā)明所公開(kāi)的新工藝，可實(shí)現(xiàn)充填料漿的低濃度輸送和這種料漿的采場(chǎng)不脫水而固化。這種膠凝材料由甲乙兩種基礎(chǔ)材料組成，與全尾砂漿或分級(jí)尾砂漿相配，分別用兩套或兩套以上的系統(tǒng)制漿輸送，并在采場(chǎng)附近混合后充入采場(chǎng)。
文檔編號(hào)E21F15/00GK1067707SQ91103829
公開(kāi)日1993年1月6日 申請(qǐng)日期1991年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月12日
發(fā)明者孫恒虎, 劉慶林, 劉文永, 徐維瑞, 蓋光舉, 吳健 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京研究生部, 煙臺(tái)大洋實(shí)用科學(xué)技術(shù)研究所